ADAMS与Matlab联合仿真例子.doc

ADAMS与Matlab联合仿真例子.doc

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7.1ADAMS/Controls使用实例

本实例以MATLAB作为外部控制程序，以偏心连杆模型为例，讲解ADAMS与MATLAB的联合仿真过程。

主要包括创建机械系统模型、模型参数设置、建立MATLAB控制模型以及结果后处理四个步骤。

机械模型建立、模型参数设置这两步为了导出一个可在MATLAB软件Simulink中使用的模块，这个模块包含了所建立ADAMS模型的信息参数，并有输入输出接口。

利用这个模块在MALTAB中建立控制系统，就可以控制ADAMS模型，在仿真结束后，可以直接在MATLAB中得到所需的数据结果进行后处理。

偏心连杆的形心与大地以铰链相连，连杆可以绕着铰链转动。

连杆右端连接有一个小球，由于小球的存在，使整个机构的质心与形心不重合，若在连杆左端没有力矩作用，连杆将做顺时针运动。

本例通过测量连杆运动的角速度、角度，对左端力矩的大小进行不断控制，最终使连杆相对平衡，即其角速度为零。

图7-22偏心连杆模型

以下将详细介绍联合仿真的详细步骤。

通过本实例的学习，能够详细了解ADAMS软件与MATLAB联合控制的使用方法。

7.2.1创建机械系统模型

1、设置单位

启动ADAMS/View，选择新模型，在模型名输入MODEL_1。

选择菜单栏【Settings】→【Units】命令，设置模型物理量单位，将单位设置成MMKS，长度和力的单位设置成毫米和牛顿，如图7-23所示：

图7-23设置模型物理量单位

2、创建连杆

单击几何工具包中的连杆按钮，将连杆参数设置为Length=400，Width=20，Depth=20，然后在图形区水平拖动鼠标，创建一个连杆，如图7-24。

图7-24创建连杆

3、创建旋转副

单击运动副工具包中的旋转副按钮，将旋转副的参数设置为1Location和Normaltogird，单击连杆质心处的Marker点，将连杆和大地关联起来，如图7-25所示。

图7-25创建旋转副

4、创建球体

单击几何工具包中的球体按钮，将球体的选项设置为AddtoPart，半径设置为20，然后在图形区单击连杆，再单击连杆右侧处的Marker点，将球体加入到连杆上，如图7-26所示。

此时连杆的质心产生了移动。

图7-26创建球体

5、创建单分量力矩

单击载荷工具包中的单分量力矩按钮，将单分量力矩的选项设置为SpaceFixed和NormaltoGrid，将Characteristic设置为Constant，勾选Torque并输入0，然后在图形区单击连杆，再单击连杆左侧的Marker点，在连杆上创建一个单分量力矩，如图7-27所示。

图7-27创建单分量力矩

至此，偏心连杆模型已经建好。

7.2.2模型参数设置

1、创建输入状态变量

单击菜单【Build】→【SystemElements】→【StateVariable】→【New】，弹出创建状态变量对话框。

如图7-28，将Name输入框改成.MODEL_1.Torque（MODEL_1为文件名，Torque为变量名）。

单击OK按钮后创建状态变量Torque作为输入变量。

图7-28创建输入变量Torque

3、将状态变量与模型关联

在图形区双击单分量力矩的图标，打开编辑对话框，如图7-28所示，在Function输入框中输入VARVAL（.MODEL_1.Torque），这里VARVAL（）是一个ADAMS函数，它返回变量.MODEL_1.Torque的值。

通过函数把状态变量Torque与力矩关联起来，力矩取值将来自于状态变量Torque。

图7-28编辑单分量力矩对话框

4、指定状态变量Torque为输入变量

单击菜单【Build】→【ControlsToolkit】→【PlantInput】后，弹出定义控制输入对话框，如图7-29所示。

将PlantInputName输入框改成.MODEL_1.PINPUT_Torque,在VariableName输入框中，用鼠标右键快捷菜单输入状态变量.MODEL_1.Torque,单击OK按钮。

图7-29定义控制输入对话框

5、创建输出状态变量

单击菜单【Build】→【SystemElements】→【StateVariable】→【New】，弹出创建状态变量对话框。

如图7-30所示，将Name输入框修改成.MODEL_1.Angle，在F（time,…）=输入框中输入表达式AZ（MARKER_3,MARKER_4）*180/PI，单击Apply按钮创建状态变量Angle作为第一个输出变量，然后将Name修改成.MODEL_1.Velocity，在F（time,…）=输入框中输入表达式WZ（MARKER_3,MARKER_4）*180/PI，如图7-31所示。

其中AZ（）函数返回绕Z轴旋转的转角，这里代表连杆相对于转轴的转角，WZ（）函数返回绕Z轴旋转的角速度，这里代表连杆的角速度。

图7-30创建输出变量Angle 图7-31创建输出变量Velocity

6、指定状态变量angle、Velocity为输出变量

单击菜单【Build】→【ControlsTookit】→【PlantOutput】后，弹出创建控制输出对话框，如图7-32所示。

将PlantOutputName输入框修改成.MODEL_1.PINPUT_output。

在VariableName输入框中，用鼠标右键快捷菜单输入状态变量Angel和Velocity，单击OK按钮。

图7-32创建控制输出对话框

7、导出控制参数

如果还没有加载ADAMS/Controls模块，单击菜单【Tools】→【PluginManager】，在弹出的插件管理对话框中选择ADAMS/Controls模块，并单击OK按钮，之后出现一个新的菜单Controls。

单击菜单【Controls】→【PlantExport】，弹出导出控制参数对话框，如图7-33所示。

在FilePrefix输入框中输入controlspid，在PlantInput输入框中用鼠标右键快捷菜单输入PINPUT_Torque，在PlantOutput输入框中用鼠标右键快捷菜单输入.PINPUT_output，将Controlpackage选择为MATLAB，Type选择为non_linear，InitialStaticAnalysis选择NO,ADAMS/SolverChoice选择为Fortran。

单击OK按钮后，在ADAMS的工作目录下将生成controlspid.m、controlspid.cmd、controlspid.adm这3个文件。

图7-33导出控制参数对话框

7.2.3建立MATLAB控制模型

1、导出ADAMS模型在MATLAB里的模块

启动MATLAB，先将MATLAB的工作目录指向ADAMS的工作目录，方法是单击工作栏中CurrentDirection后的按钮，弹出选择路径对话框。

在MATLAB命令窗口的>>提示符下，输入controlspid，也就是controlspid.m的文件名，然后在>>提示符下输入命令ADAMS_sys,该命令是ADAMS与MATLAB的接口命令。

在输入ADAMS_sys命令后，弹出一个新的窗口，该窗口是MATLAB/Simulink的选择窗口，其中S-Function方框表示ADAMS模型的非线性模型，即进行动力学计算的模型，State-Space表示ADAMS模型的线性化模型，在ADAMS_sub包含有非线性方程，也包含许多有用的变量。

2、建立控制方案

在MATLAB/Simulink选择窗口中，单击菜单【File】→【New】→【Model】后，弹出一个新的窗口，单击工具栏中的保存按钮，将新窗口存盘为control_model.mdl（不能与.m文件同名）,将ADAMS_sub方框拖拽到control_model.mdl窗口中，并参考图7-34完成控制系统的搭建，也可采用其他的控制方案。

图7-34连接后的控制方案

3、设置MATLAB与ADAMS之间的数据交换参数

在control_model.mdl窗口中双击ADAMS_sub方框，在弹出的新的窗口中双击MSCSDoftware，弹出数据交换参数设置对话框，将Interprocess设置为PIPE（DDE），如果不是在一台计算机上，选择TCP/IP，将CommunicationInterval输入框中输入0.005，表示每隔0.005s在MATLAB和ADAMS之间进行一次数据交换，若仿真过慢，可以适当改大该参数，将SimulationMode设置为continuous，Animationmode设置成interactive，表示交互式计算，在计算过程中会自动启动ADAMS/View，以便观察仿真动画，如果设置成batch，则用批处理的形式，看不到仿真动画，其他使用默认设置即可。

4仿真设置和仿真计算。

单击窗口中菜单【Simulation】→【SimulationParameters】,弹出仿真设置对话框，在Solver页中将Starttime设置为0，将Stoptime设置为20，将Type设置为Variable-step,其他使用默认选项，单击OK按钮。

最后单击开始按钮，开始仿真。

（若出现错误，重启MATLAB即可。

每次启动MATLAB都需要选择路径到包含controlspid.m、controlspid.cmd、controlspid.adm的文件夹，并输入controlspid（.m文件名）和ADAMS_sys（ADAMS与MATLAB的接口命令））。

7.2.4结果后处理

在MATLAB示波器中，可以得到角度和力矩的曲线。

得到的Velocity变量曲线和Torque变量曲线分别如图7-35和图7-36所示。

此模型初始受重力作用，产生转动，通过控制力矩的大小，最终角速度为零，模型达到平衡。

图7-35变量Velocity随时间的变化

图7-36变量Torque随时间的变化